Таблица 7 – Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (по А.П. Виноградову, Л.А. Перцову)
Объекты
|
Элементы, мас. %
|
Уран
|
Торий
|
Радий
|
Земная кора
|
2,510-4
|
1,310-3
|
8,310-11
|
Почва
|
110-4
|
610-4
|
810-11
|
Морская вода
|
310-7
|
710-8
|
110-14
|
Пресная вода
|
210-8
|
210-9
|
110-15
|
Зола растений
|
510-5
|
510-5
|
210-11
|
2.2.2.2. Радиоактивность горных пород
О распределении радиоактивных элементов в толще земной коры и литосферы в целом, на глубинах недоступных непосредственному наблюдению, можно судить только на основании косвенных фактов и общих представлений о строении Земли. В настоящее время наибольшим признанием пользуется концепция, согласно которой радиоактивность пород падает с глубиной, но все же остается измеримой до весьма значительных глубин. Резко выраженное накопление радиоактивных элементов в гранитном слое континентальной коры, установленное Стреттом еще в 1906 году, подтвердилось последующими исследованиями.
Средние значения концентраций радиоактивных элементов в горных породах приведены в таблице 8, а в таблице 9 дана удельная активность горных пород в отношении естественных радионуклидов по данным ВНИИФТРИ (1996). Из этих данных видна основная геохимическая закономерность уменьшения содержания радиоизотопов с увеличением основности магматических пород. Наибольшее содержание естественных радионуклидов наблюдается в изверженных породах кислого и щелочного состава, богатых калием. Основными носителями радиоактивных элементов в этих породах являются акцессорные минералы:
Таблица 8 – Распространеность радиоактивных элементов в горных породах,
мас. % (по А.П. Виноградову)
Элемен-ты
|
Горные породы
|
метеориты (хондриты)
|
дуниты
|
базальты
|
граниты
|
осадочные породы: глины, сланцы
|
глубоко-водные илы
|
Уран
|
1,510-6
|
310-7
|
510-5
|
3,510-4
|
2,510-4
|
1,310-4
|
Торий
|
410-6
|
510-7
|
310-4
|
1,810-3
|
1,310-3
|
710-4
|
Таблица 9 – Удельная активность естественных радионуклидов в горных породах
Горные породы
|
Удельная активность, Бк/кг
|
Уран-238
|
Торий-232
|
Калий-40
|
Магматические:
|
Кислые
|
60
|
80
|
1000
|
Средние
|
20
|
30
|
700
|
Основные
|
10
|
10
|
240
|
Ультраосновные
|
0,4
|
25
|
150
|
Осадочные:
|
Известняки
|
30
|
7
|
90
|
Песчаники
|
19
|
10
|
370
|
Сланцы глинистые
|
44
|
45
|
700
|
циркон, монацит, ксенотим, ортит, апатит и сфен. Что касается главных породообразующих минералов, то установлено, что салические минералы (в первую очередь полевые шпаты) обладают в среднем в 3 раза большей радиоактивностью, чем фемические. Поэтому на практике существует эмпирическое правило: магматические породы светлых оттенков более радиоактивны, чем темные.
Наиболее высокой радиоактивностью среди осадочных пород обладают глинистые сланцы и глины. Содержание радионуклидов в них приближается к таковому в кислых изверженных породах – гранитах. На основании анализа многочисленных диаграмм гамма-каротажа глубоких скважин и результатов лабораторного радиометрического изучения большого количества образцов осадочных горных пород было выявлено, что среди них наименьшей радиоактивностью обладают чистые химические и органические осадки (каменная соль, гипс, известняки, доломиты, кварцевые пески, кремнистые сланцы, яшмы). Морские осадки в целом более радиоактивны, чем континентальные.
2.2.2.3. Радиоактивность почв
Главным источником радиоактивных элементов в почвах следует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радиоактивными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песчанистые.
Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиняются закономерностям распределения естественных радионуклидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обогащена радиоактивными элементами по сравнению с более крупными частицами. То же самое касается и органической составляющей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдается. В таблице 10 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным А.П. Виноградова содержание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5×10-10%. Причем в большинстве почв наблюдается резкое смещение радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторону последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.
Таблица 10 – Удельная активность естественных радионуклидов в почвах
Основные типы почв
|
Удельная активность, Бк/кг
|
Уран-238
|
Торий-232
|
Калий-40
|
Сероземы
|
31
|
48
|
670
|
Серо-коричневые
|
28
|
41
|
700
|
Каштановые
|
27
|
37
|
550
|
Черноземы
|
22
|
36
|
410
|
Серые лесные
|
18
|
27
|
370
|
Дерново-подзолистые
|
15
|
22
|
300
|
Подзолистые
|
9
|
12
|
150
|
Торфяниcтые
|
6
|
6
|
90
|
Таким образом, радиоактивность почв в основном обусловлена природными радиоизотопами 40K и 87Rb. Радиоизтоп калий-40 накапливается в пищевых продуктах растительного и животного происхождения в разной степени (табл. 11).
Таблица 11 – Содержание 40К в пищевых продуктах
Продукт
|
мкг/кг
|
Продукт
|
мкг/кг
|
Хлеб ржаной
|
2420
|
Мясо говяжье
|
3380
|
Макароны
|
1300
|
Сало свиное
|
1690
|
Крупа гречневая
|
130
|
Рыба
|
2620
|
Рис
|
700
|
Фрукты сушеные
|
3000
|
Горох
|
9070
|
Картофель
|
4490
|
Мука пшеничная
|
860
|
Капуста
|
3300
|
Молоко парное
|
1430
|
Свекла
|
3530
|
Масло сливочное
|
140
|
Морковь
|
2870
|
Творог
|
3720
|
Лук
|
1510
|
Сыр
|
890
|
Шоколад
|
5630
|
|
|
Какао
|
11110
|
Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных факторов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионуклидами. Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км2.
2.2.2.4. Радиоактивность природных вод
Содержание естественных радионуклидов в морских и речных водах показано в таблице 12 . По содержанию урана морские воды приближаются к ультраосновным горным породам – дунитам и значительно обеднены торием по сравнению с последними.
Радиоактивность речных и озерных вод зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды содержат небольшое количество солей, поэтому водоемы горных районов высоких широт, имеющие этот источник питания, практически стерильны в отношении естественных радионуклидов.
Природные радионуклиды поступают в открытые водоемы суши в основном с подземными водами. Грунтовые и межпластовые воды, питая озера и реки, определяют уровни природной радиоактивности воды этих водоемов. Поэтому радиоактивность воды рек и озер подвержена значительным колебаниям. Она напрямую зависит от химического и минерального состава дренируемых ими горных пород, в которых располагаются чаши озер или водосборы рек. К другому важному фактору, влияющему на степень радиоактивности воды открытых водоемов, относится климат, от которого зависит степень химического выветривания горных пород, являющихся основным поставщиком природных радионуклидов.
Наконец, концентрация радиоизотопов в озерах зависит от степени водного обмена. Бессточные озера в районах с засушливым климатом могут быть значительно обогащены радиоактивными элементами за счет сильного испарения застойной воды.
Если исключить реки, дренирующие урановые рудные районы, то можно считать, что речные воды отличаются пониженным относительно морских вод содержанием урана, радия, тория, калия и радона, хотя есть и исключения из этого правила (например, Сыр-Дарья). В таблице приведено содержание урана в некоторых реках, по данным Д.С. Николаева.
Таблица 12 – Содержание урана в воде некоторых рек
Реки
|
Содержание урана, мас. %
|
Реки
|
Содержание урана, мас. %
|
Рион
|
710-8
|
Дунай
|
5-3010-8
|
Обь
|
5-3010-7
|
Ока
|
110-7
|
Волга
|
13-1710-8
|
Кама
|
8-1510-8
|
Днепр
|
13-1710-8
|
Енисей
|
210-7
|
Иртыш
|
15-2110-8
|
Сыр-Дарья
|
110-6
|
В период паводка радиоактивность речной воды снижается, а в межень – повышается. Зимой, когда реки покрываются льдом, наблюдается повышенное содержание в воде радиоактивных газов – радона и торона.
Подземные воды бывают значительно обогащены ураном, радием, торием и радоном по сравнению с поверхностными. Количество радиоактивных элементов в них зависит от вещественного состава вмещающих пород и химизма самих вод. В гидрогеологии принято выделять радоновые, радиевые и урановые воды, в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента. Существуют и смешанные воды: радоно-радиевые, урано-радиевые, радиево-мезоториевые. Концентрация радия в подземных водах может достигать 2,510-11%, а урана – 310-5%.
Еще в тридцатые годы XX столетия В.Г. Хлопиным была замечена повышенная концентрация радия в воде нефтяных месторождений. В настоящее время, в результате интенсивной эксплуатации месторождений углеводородного сырья это приводит к накоплению природных радионуклидов на технологическом оборудовании и трубопроводах нефтяных и газовых месторождений. На отдельных месторождениях мощность экспозиционной дозы от оборудования достигает 6 мР/ч, а удельная активность природных радионуклидов в шламе превышает 105 Бк/кг. Следствием этого является неконтролируемое облучение персонала и населения.
2.2.2.5. Радиоактивность атмосферного воздуха
Атмосфера Земли всегда содержит газообразные радиоактивные вещества в виде инертных газов – радона, торона и актинона, источником которых являются эманирующие горные породы. Радиоактивные эманации, попадая из почвы в атмосферный воздух, затем разносятся горизонтальными и вертикальными воздушными потоками. В свою очередь радиоактивные газы, претерпевая распад, превращаются в твердые радиоизотопы, которые выпадают на поверхность Земли в виде активных осадков.
Актинон и торон не являются долгоживущими. Период полураспада первой эманации равняется всего лишь 3,92 с, а второй – 54,5 с, поэтому они встречаются в небольших количествах лишь в самых нижних слоях атмосферы вблизи земной поверхности. Период полураспада радона более значителен (3,82 сут.), вследствие чего сама эманация и продукты ее распада транспортируются ветром на большие расстояния от места выделения.
Наблюдения показывают, что нижние слои атмосферы над континентами содержат 1-2 атома радона на 1 см3 воздуха. Концентрация торона обычно в 10000 раз меньше. Атмосферный воздух над океаном содержит радона в 100 раз меньше, чем над сушей. Концентрация радона быстро убывает с высотой. Уже на высоте 1 км его количество в 2 раза, а на высоте 4 км – в 14 раз меньше, чем у земной поверхности.
Закономерность распределения продуктов распада радиоактивных эманаций совершенно иная. Многие из твердых радиоизотопов, следующих в естественных радиоактивных рядах за эманациями, почти равномерно распределены в нижних слоях атмосферы. К примеру, концентрация Ra D на уровне земной поверхности и на высоте 10 км почти одинакова.
Твердые радиоактивные частицы, содержащиеся в воздухе, захватываются конденсирующимися каплями воды и выпадают на поверхность Земли с атмосферными осадками. После обильных дождей и снегопада радиоактивность воздуха уменьшается.
Кроме радиоактивных эманации и твердых продуктов их распада в атмосфере присутствуют радиоизотопы, образующиеся под действием космических лучей. К таким радионуклидам относится в первую очередь углерод-14, количество которого в воздухе ничтожно мало.
Вклад отдельных естественных источников в образовании эффективных эквивалентных доз человека представлен в таблице 13.
Таблица 13 – Эффективные эквивалентные дозы человека от природных источников
Источники радиации
|
Среднемировые данные
|
Россия
|
мЗв/год
|
%
|
мЗв/год
|
%
|
Космическое излучение
|
0,355
|
14,8
|
0,320
|
10,9
|
Гамма-излучение Земли
|
0,410
|
17,1
|
0,410
|
14,0
|
Внутреннее облучение
|
0,355
|
14,8
|
0,362
|
12,3
|
Излучение стройматериалов (радон)
|
1,280
|
53,3
|
1,850
|
62,8
|
ИТОГО
|
2,400
|
100
|
2,942
|
100
|
|
